Jak działają fale radiowe?

EM lub promieniowanie elektromagnetyczne składa się z pola magnetycznego i pola elektrycznego. Pola te rozchodzą się falami prostopadłymi do siebie i można je sklasyfikować na podstawie ich długości fali, która jest odległością między szczytami dwóch fal. Rodzaj promieniowania EM o najdłuższej długości fali to fale radiowe. Kiedy cząstki przyspieszają lub zmieniają prędkość lub kierunek, emitują promieniowanie EM w całym spektrum, w tym fale radiowe o długich falach. Istnieje pięć ogólnych sposobów na to.

Ciało doskonale czarne to obiekt, który pochłania, a następnie ponownie emituje promieniowanie. Kiedy obiekt jest ogrzewany, jego atomy i cząsteczki poruszają się, co powoduje uwolnienie promieniowania EM, osiągając szczyt w innym punkcie widma EM, w zależności od temperatury. Na przykład rozgrzany kawałek metalu będzie najpierw odczuwał ciepło lub podczerwień, a następnie będzie świecił, gdy wejdzie w część widma światła widzialnego. W znacznie niższych temperaturach emitowane jest promieniowanie o długości fal radiowych.

Kiedy elektrony w atomach gazu zostają przemieszczone lub oderwane, ulegają jonizacji. To, podobnie jak promieniowanie ciała doskonale czarnego, jest inną formą emisji termicznej. Powoduje to ruch naładowanych cząstek w zjonizowanym gazie, który przyspiesza elektrony. Przyspieszone cząstki uwalniają promieniowanie EM, a niektóre obłoki gazowe uwalniają je na długościach fal radiowych, na przykład w pobliżu obszarów formowania się gwiazd lub aktywnych jąder galaktycznych. Jest to również określane jako „bezpłatna” emisja i „bremsstrahlung”.

Trzecim rodzajem emisji termicznej jest emisja w linii widmowej. Kiedy elektrony w atomach przechodzą z wysokiego do niskiego poziomu energii, uwalniany jest foton – bezmasowa jednostka energii, którą można uznać za równoważną fali. Foton ma taką samą energię, jak różnica między wysokim i niskim poziomem, od którego i do którego przemieszcza się elekcję. W niektórych atomach, takich jak wodór, fotony są emitowane w obszarze radiowym widma EM – 21 centymetrów, w przypadku wodoru.

Jest to nietermiczna forma emisji. Emisja synchrotronowa występuje, gdy cząstki są przyspieszane przez pole magnetyczne. Zazwyczaj elektron jest naładowany, ponieważ ma mniejszą masę niż protony i dlatego łatwiej przyspiesza. Dzięki temu łatwiej reaguje na pola magnetyczne. Elektron wiruje wokół pola magnetycznego, oddając energię. Im mniej energii zostało, tym szerszy krąg wokół pola i dłuższa długość fali promieniowania EM, w tym fal radiowych.

Masery to kolejny rodzaj promieniowania nietermicznego. Słowo „maser” jest w rzeczywistości akronimem dla wzmocnienia mikrofalowego przez stymulowaną emisję promieniowania. Jest podobny do lasera, z tą różnicą, że maser wzmacnia promieniowanie o większej długości fali. Maser powstaje, gdy grupa cząsteczek zostaje pobudzona, a następnie wystawiona na działanie promieniowania o określonej częstotliwości. To powoduje, że emitują fotony radiowe. Jeśli źródło energii ponownie zaenergetyzuje cząsteczki, resetuje to proces i maser jest ponownie emitowany.